[논문]진공브레이징에 의한 SUS304 스테인리스강과 BNi-2계 삽입금속의 접합특성 : Ni기 삽입금속에 의한 브레이징 접합성의 기초적 검토(I)

이용원; 김종훈

doi:10.3740/mrsk.2007.17.3.142

진공브레이징에 의한 SUS304 스테인리스강과 BNi-2계 삽입금속의 접합특성 : Ni기 삽입금속에 의한 브레이징 접합성의 기초적 검토(I)
Brazing Property of SUS304 Stainless Steel and BNi-2 Filler Metal with Vacuum Brazing : Fundamental Study on Brazeability with Ni-Based Filler Metal(I) 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.17 no.3, 2007년, pp.142 - 146

Abstract ▼ AI-Helper

Vacuum brazing method has been coming to an important process as one of the new fabricating techniques of metals and alloys. In this study, a vacuum brazing of SUS304 stainless steel with BNi-2 filler metal was carried out in $1{\times}10^{4}$ Torr of vacuum atmosphere. The formation of brittle intermetallic compounds in brazed joints between SUS304 stainless steel and BNi-2 filler metal is a major concern, since they considerably degrade the mechanical properties of joints. To obtain enough stable joining strength, it is necessary to understand the unique properties of brazing process with Ni-based filler metals containing boron. So, in this research we investigated the performance of SUS304/BNi-2 brazed system and the brazed joint properties were evaluated at room temperature by using tensile test. Metallurgical and fractographic analysis were used to characterize the microstructure, the mechanisms of brazing, and joint failure modes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 Ni기 삽입금속에 의한 스테인리스강의 진공브레이징 기술개발에서 품질고급화를 위한 그 기초연구로서 브레이징 특성 및 접합기구를 조사하고 브레이징 기계강도를 평가하는 것을 주 목적으로 하였으며, 또 접합 계면에서의 미세조직 및 반응생성물의 특성을 고찰하였다.
본 연구에서는 Ni기 브레이징 삽입금속을 사용한 스테인리스강 접합체의 브레이징 강도를 평가하고 그 브레이징 특성에 대한 기초조사를 하였다. 브레이징층에는 삽입 금속으로부터 융점강하 성분인 B가 취약한 Cr-B 금속 간 화합물을 생성시켜 브레이징 기계 강도를 상당히 떨어뜨리는 주 원인이 되었다.

제안 방법

4. Evaluating the tensile strength of brazed joints. The base metal is SUS 304 stainless steel brazed at a cycle of 1010℃/30 min, with a brazing force of 0.
본 실험에서 브레이징 인장파괴는 모두 브레이징 층의 중심부(삽입금속층)에서 발생되었는데 브레이징에서 발생 가능한 일반적인 파괴형태와 각각 비교하였다.(Fig.
인장시험은 KS B0802 금속재료 시험 법에 준하여 수행하였고 각 조건별로 얻어진 5개 데이터에 대해 그 평균치를 인장강도 값으로 적용하였다. 접합 계면에서의 조직관찰은 광학현미경(Optical Microscope)과 주사 전자현미경 (Scanning Electron Microscope)을 이용하였고, 계면반응 생성물에 대한 원소의 분석은 주사전자현미경에 장치된 파장 분산형 X-선 분광기 (Wave Dispersive X-ray Spectrometer)를 사용하여 정성분석하였다.
브레이징 공정은 1X10 Torr의 고진공 분위기 하에서 피크온도 1010℃, 가열시간 30 min. 조건에서 수행하였다.
열처리재의 경우 브레이징과 동일한 lOlCTC/ 30 min. 조건에서 열처리를 하였다. 인장시험 후 브레이징 시험편의 파단은 모두 브레이징 층 중심부에서 일어났다.

대상 데이터

본 연구에 사용한 스테인리스강 접합시편은 SUS304로서 그 화학조성 및 모재 인장강도를 Table 1에 나타내었다. 브레이징 용 시험편은 직경 10mm의 환봉을 고속 커터기에서 Fig.
동안 초음파 세정 하였다. 브레이징 삽입 금속은 Ni기 합금에서 AWS 규격 BNi- series인 BNi-2계 합금 (TB-902, Tokyo Braze Co.)을 사용하였고, 그 삽입금속의 화학조성 및 용융온도를 Table 2에 나타내었다「2)삽입금속에는 융점 강하 성분인 B가 3.0 wt% 함유되어 있고, 그 형상이 아몰퍼스로 되어있고 두께는 30|iim이다.
브레이징 용 시험편은 직경 10mm의 환봉을 고속 커터기에서 Fig. 1(a)와 같이 010X50 mm 사이즈로 커팅 하여 제작하였다. 커팅 후 시편의 접합면을 220 mesh 샌드페이퍼로 표면을 마무리(표면 거칠기: Rmax 4.

이론/모형

1(c)에 나타내었다. 인장시험은 KS B0802 금속재료 시험 법에 준하여 수행하였고 각 조건별로 얻어진 5개 데이터에 대해 그 평균치를 인장강도 값으로 적용하였다. 접합 계면에서의 조직관찰은 광학현미경(Optical Microscope)과 주사 전자현미경 (Scanning Electron Microscope)을 이용하였고, 계면반응 생성물에 대한 원소의 분석은 주사전자현미경에 장치된 파장 분산형 X-선 분광기 (Wave Dispersive X-ray Spectrometer)를 사용하여 정성분석하였다.

성능/효과

5. (c)) 인장시험 결과에서 SUS 304 모재 인장강도는 약 869 MPa이었으며, SUS 304열처 리재는 약 611 MPa로서 모재 대비 약 30%의 인장강도가 감소되었다. 브레이징 인장강도는 약 432 MPa이 얻어졌는데, 이것은 모재의 50%, 열처리재의 70%에 각각 해당하는 강도 값이다.
본 실험에서 브레이징 인장강도가 아주 낮게 나타난 것은 브레이징 층에 생성된 이 같은 금속간 화합물의 영향 때문인 것으로 생각되며, 이것은 브레이징 접합부를 상당히 취약하게 만들어 기계적 성질에도 악영향을 미치는 것으로 현재 알려져 있다.결과적으로 브레이징 층에서 발생된 미세균열 현상도 브레이징 층의 두께가 80|im으로 아주 두껍고 조직 내에 취약한 금속간 화합물들이 성장하여 균열이 급격히 진행된 것으로 판단된다.6)Hisamory의 연구보고에 따르면 이 같은 취약한 금속간화합물은 브레이징 층의 두깨가 20n 이하일때 그 성장이 억제 된다고 하였다.
또 모재 양측에 생성한 반응 층의 두께는 약 8nm 정도이며, 브레이징층 중심부에는 검은 생성물 근처에서 미세균열이 계면을 따라서 발견되었다. 계면 생성물에 대한 WDX 분석결과, 검은 생성물에서 모재의 Cr성분과 삽입금속의 융점 강하 성분인 B 가 높게 피크 검출되었고, 모재 양측의 입계 생성물들에서도 각각 낮게 검출이 되었다. 이상의 분석결과로부터 브레이징 층 및 입계에 존재하는 생성물들은 브레이징 과정에서 용융 삽입금속과 모재가 열역학적으로 상호 반응하여 발생된 Cr-B계 금속간 화합물인 것으로 판명되었다.
브레이징 층에는 모재와 용융 삽입 금속이 상호 반응하여 반응층이 생성되었으며 그 중심부에 다량의 검은 생성물들이 관찰된다. 또 모재의 양측에는 용융 삽입금속의 일부 성분이 입계 확산된 생성물들이 모재를 향하여 길게 뻗어져 있는 것이 관찰되었다.
계면 생성물에 대한 WDX 분석결과, 검은 생성물에서 모재의 Cr성분과 삽입금속의 융점 강하 성분인 B 가 높게 피크 검출되었고, 모재 양측의 입계 생성물들에서도 각각 낮게 검출이 되었다. 이상의 분석결과로부터 브레이징 층 및 입계에 존재하는 생성물들은 브레이징 과정에서 용융 삽입금속과 모재가 열역학적으로 상호 반응하여 발생된 Cr-B계 금속간 화합물인 것으로 판명되었다. 모재 양측으로 길게 뻗은 검은 입계 생성물들에서도 삽입 금속의 성분들이 검출되는 것은 브레이징 온도가 상승하는 것에 따라 삽입금속에서의 융점강하 성분들이 빠르게 모재로 확산된 것으로 보여진다.

참고문헌 (15)

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